Laiks uz Venēras ir kā kaut kas no Dante’s Inferno. Vidējā virsmas temperatūra - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - ir pietiekami karsta, lai izkausētu svinu, un atmosfēras spiediens ir 92 reizes lielāks nekā Zemes spiediens jūras līmenī (9,2 MPa). Šī iemesla dēļ ļoti maz robotizētu misiju jebkad ir nonākušas līdz Venēras virsmai, un tādas, kas nav ilgstošas - no aptuveni 20 minūtēm līdz nedaudz vairāk kā divām stundām.
Tāpēc NASA, raugoties uz nākotnes misijām, vēlas izveidot robotizētas misijas un komponentus, kas ilgstoši var izdzīvot Venēras atmosfērā. Tajos ietilpst nākamās paaudzes elektronika, ko nesen atklāja NASA Glenn Research Center (GRC) pētnieki. Šī elektronika ļautu zemes īpašniekam izpētīt Venēras virsmu nedēļām, mēnešiem vai pat gadiem.
Agrāk padomju un NASA izstrādātie nolaišanās Venēras izpētei - kā daļa no Venera un Jūrnieks programmas attiecīgi balstījās uz standarta elektroniku, kuras pamatā bija silīcija pusvadītāji. Tie vienkārši nav spējīgi darboties temperatūras un spiediena apstākļos, kas pastāv uz Venēras virsmas, un tāpēc tiem bija nepieciešami aizsardzības apvalki un dzesēšanas sistēmas.
Protams, tas bija tikai laika jautājums, pirms šīs aizsardzības neizdevās un zondes pārstāja pārraidīt. Rekordu panāca padomju pārstāvji ar saviem Venera 13 zonde, kas 127 minūtes pārsūtīja starp tās nolaišanos un nosēšanos. Raugoties nākotnē, NASA un citas kosmosa aģentūras vēlas izstrādāt zondes, kuras pirms laika beigām var savākt tik daudz informācijas par Venēras atmosfēru, virsmu un ģeoloģisko vēsturi.
Lai to izdarītu, NASA GRC komanda strādā, lai izstrādātu elektroniku, kas balstās uz silikona karbīda (SiC) pusvadītājiem, kuri būtu spējīgi darboties Venēras temperatūrā vai virs tās. Nesen komanda veica demonstrāciju, izmantojot pasaules pirmās mēreni sarežģītās SiC bāzes mikroshēmas, kuras sastāvēja no desmitiem vai vairāk tranzistoru galveno digitālo loģisko shēmu un analogo darbības pastiprinātāju veidā.
Šīs shēmas, kuras tiks izmantotas visās nākotnes misijas elektroniskajās sistēmās, 500 ° C (932 ° F) temperatūrā spēja darboties līdz 4000 stundām - efektīvi pierādīja, ka tās ilgstoši var izdzīvot Venērai līdzīgos apstākļos periodi. Šie testi notika Glenn Extreme Environments Rig (GEER), kas imitēja Venēras virsmas apstākļus, ieskaitot gan galēju temperatūru, gan augstu spiedienu.
Jau 2016. gada aprīlī GRC komanda 521 stundas (21,7 dienas), izmantojot GEER, pārbaudīja SiC 12 tranzistoru gredzena oscilatoru. Pārbaudes laikā viņi izvirzīja, ka ķēdes ir pakļautas temperatūrai līdz 460 ° C (860 ° F), atmosfēras spiedienam 9,3 MPa un CO 2 (un citu gāzveida gāzu) superkritiskajiem līmeņiem. Visa procesa laikā SiC oscilators parādīja labu stabilitāti un turpināja darboties.
Šis tests tika izbeigts pēc 21 dienas plānošanas iemeslu dēļ, un tas varēja turpināties daudz ilgāk. Neskatoties uz to, ilgums bija nozīmīgs pasaules rekords, kura lielums bija garāks nekā jebkura cita demonstrācija vai misija, kas tika veikta. Līdzīgi testi parādīja, ka gredzenu oscilatoru ķēdes var izdzīvot tūkstošiem stundu 500 ° C (932 ° F) temperatūrā zemes un gaisa apkārtējās vides apstākļos.
Šāda elektronika ir nozīmīga NASA un kosmosa izpētes maiņa, un tā ļautu veikt misijas, kas iepriekš nebija iespējamas. NASA Zinātniskās misijas virziens (SMD) plāno iekļaut SiC elektroniku savā ilgstošās darbības in situ Saules sistēmas pārlūkā (LLISSE). Pašlaik tiek izstrādāts šīs zemo izmaksu koncepcijas prototips, kas vairākus mēnešus vai ilgāk nodrošinātu pamata, bet ļoti vērtīgus zinātniskos pasākumus no Venēras virsmas.
Citos plānos izveidot izdzīvotu Venus explorer ir automātiskais ekstrēmās vides automatizētājs (AREE) - “steampunk rover” koncepcija, kas balstās uz analogiem komponentiem, nevis uz sarežģītām elektroniskām sistēmām. Kaut arī šīs koncepcijas mērķis ir pilnībā atbrīvoties no elektronikas, lai nodrošinātu, ka Venēras misija varētu darboties bezgalīgi, jaunā SiC elektronika ļautu sarežģītākiem braucējiem turpināt darbību ekstremālos apstākļos.
Ārpus Venēras šī jaunā tehnoloģija varētu radīt arī jaunas zonžu klases, kuras var izpētīt gāzes gigantu - t.i., Jupitera, Saturna, Urāna un Neptūna - iekšienē, kur iepriekš temperatūras un spiediena apstākļi ir bijuši aizliegti. Bet zonde, kas balstās uz rūdītu apvalku un SiC elektroniskajām shēmām, ļoti labi varētu iekļūt dziļi šo planētu iekšienē un atklāt satriecošas jaunas lietas par to atmosfēru un magnētiskajiem laukiem.
Dzīvsudraba virsma varētu būt pieejama arī braucējiem un zemniekiem, izmantojot šo jauno tehnoloģiju - pat dienas pusē, kur temperatūra sasniedz augstu 700 K (427 ° C; 800 ° F). Šeit, uz Zemes, ir daudz ārkārtējas vides, kuras tagad varētu izpētīt, izmantojot SiC shēmas. Piemēram, droni, kas aprīkoti ar SiC elektroniku, varētu novērot dziļūdens naftas urbšanu vai izpētīt dziļi Zemes iekšienē.
Pastāv arī komerciālas lietojumprogrammas, kurās iesaistīti aeronavigācijas dzinēji un rūpniecības procesori, kur ekstrēms karstums vai spiediens tradicionāli padarīja elektronisko uzraudzību neiespējamu. Tagad šādas sistēmas var padarīt “viedas”, ja tās spēj sevi uzraudzīt, nevis paļaujas uz operatoriem vai cilvēku uzraudzību.
Ar ekstrēmām shēmām un (kādreiz) ekstrēmiem materiāliem var izpētīt gandrīz jebkuru vidi. Varbūt pat zvaigznes interjers!
